专利名称：电化学生物感测试片成批制法及其金属电极制法的制作方法
技术领域：
本发明关于一电化学生物感测试片成批制法及其金属电极制法，尤指一种藉由机械加工完成高质量且快速成批生产的金属电极制造方法。
背景技术：
电化学生物感测试片由于其具备有价格便宜、反应灵敏以及使用方便等特性，被广泛地应用于抛弃式检验试片，例如血糖、尿酸以及胆固醇等试片。电化学生物感测试片主要设计包含许多导电电极，提供外部检测仪器透过该电极导线对特定电极上施加检测电压，并将反应所得的电气讯号藉由电极导线导入外部仪器提供其检测及分析。便宜且稳定的电极制法，可降低电化学生物感测试片的制造成本，使得电化学检测技术所衍生出的产品能被广泛开发使用。
目前较常应用于电化学生物感测试片导电电极的制作方式主要以网版印刷(以下简称网印)为主。网印能够大量且便宜地制造电化学生物感测试片所需的导电电极，其中该导电电极为一种碳电极，是由导电碳浆印制而成。为了加工的方便在导电碳浆中添加了许多高分子材料以作为结合剂与固化剂，使得印制的电极材料得以在适当烘烤后固化成形于基材表面。然而这些额外添加的高分子材料并非导电材质，且会包覆导电碳浆中的导电碳微粒影响其与溶液的接触，因此一般在电极印制完毕后还会外加一抛光研磨制程，将覆盖在碳微粒表面的高分子材料抛除使得导电碳微粒可与反应溶液接触，同时增加电极表面的平整度。相对于金属电极而言，以网印制造的碳电极，其电极表面平整度较差，同时单位面积的电流响应也不如金属电极高。近年来，为因应检测检体量减少的市场需求，电极面积也必须随之减少，如何在电极面积缩小后依然维持一定的电流响应遂成为电极材料设计的重要课题，其中金属电极的应用提供了一个有效的解决方式。
如台湾专利公告第496110号《印刷电路板电化学测试片》发明专利，公开了一种以印刷电路板(Printing Circuit Board；PCB)的显影蚀刻工艺应用于测试片导电电极的制作，此一发明专利是预先以曝光显影的方式在铜箔基板上蚀刻出电极图案，并以电镀的方式将金形成于电极图案表面，藉由良好的镀金控制将电极图案原本具电化学活性的铜层包覆，避免底层基板金属透过镀金层的针孔与配方或检测溶液接触，造成电化学检测时的干扰；此外，镀金电极可增加单位电极面积的反应电流密度。该等方法虽然提高单位面积的电流响应，但是蚀刻过程中的化学药品残留以及底层活性金属(例如铜、镍等材料)均可能成为电化学检测的干扰物质。
再如美国专利第6662439号与第6875327号分别公开一种使用金薄膜作为电极材料的技术，同时以雷射熔蚀(laser ablation)的方式在该金属薄膜上精确刻划出许多电极分隔线，分隔出的各单独电极即分别作为电化学生物感测试片的导电电极(包含工作电极与对极)，该项技术同时应用于电化学血糖感测试片。此一方法相较于前揭国内发明专利案，虽然可以同时避免蚀刻液的残留且提供反应性较佳的金属电极表面，然而由于雷射光必须依照设定路线移动并逐点熔蚀表面金属，其加工速度不及蚀刻以及网版印刷等批次生产方式。虽然目前有较高级的雷射切割设备可以多任务方式解决生产速度问题，但相对地必须投入更高成本的雷射切割设备。
由上述说明可知，目前电化学生物感测试片导电电极的制法无法兼具快速、便宜及高质量等优点，而为了确保低成本检测器的质量，仍有必要再提出更经济且简单的制造方法。
发明内容
为此，本发明的主要目的在于提出一种新式的电化学生物感测试片金属电极制法，能够以便宜的工艺方式快速且成批制造符合新式电化学生物感测试片所需的金属电极，确保电化学生物感测试片具有低成本的优势。
欲达上述目的所使用的主要技术手段，是令该电化学生物感测试片的金属电极制法包含有以下工艺步骤先取得金属薄膜作为电极材料，再以刀模切割方式在金属薄膜上切割出不同的电极分隔线，进而在同一金属薄膜上形成不同的电极，作为电化学测试片检测所需的导电电极(包含工作电极、对极电极以及液体感知电极等)；由于金属薄膜可预先大面积且成卷方式连续生产，配合刀模进行切割，能够在短时内将该金属薄膜切割出成批的金属电极，切边平整且完全没有化学药品残留的问题，相较于雷射切割而言使用刀模进行切割的成本来得更低且快速。所以，本发明确实能够采用低成本的工艺，快速且成批生产高质量的金属电极，供电化学生物感测试片使用。
图1是本发明一导电电极冲切示意图。
图2A～图2C是本发明制法一较佳实施例的示意图，并公开三种不同冲切的刀模实施例。
图3是本发明制法所制出的一种电化学生物感测试片的分解图。
图4是图3的组合俯视图。
图5是本发明制造图4的流程示意图。
主要组件符号说明10金属薄膜 101分割线102导电电极11基材20冲切加工机台 21刀模211模座212单刀22切割平台 23水平滚轮24压轮 25滚轮26环形刀模 261刀片27冲压头 271刀片30绝缘基材 31导线组311对极导线312作电极导线313感知电极导线32配方液层34间隔层 341通道缺口35保护层 351排气孔
具体实施例方式
本发明是针对电化学生物感测试片的导电电极提供一种工艺方法，请配合参阅图1及图2A所示，其主要包含有以下步骤取一厚度约为0.2mm的金属基材11，且该金属基材11表面具有一厚度约为500nm的金属薄膜10，该金属薄膜10可采用真空蒸镀或溅镀方式形成于一绝缘基材上，而该金属薄膜10材料可使用金、铂、钯、铑、铬、镍、铜或碳等；将包含有金属基材11的绝缘基材设置于一组冲切加工机台20上；控制冲切加工机台20的冲程，对金属基材11进行切割程序；及调整刀模与金属基材11的相对位置，令刀模对金属基材11不同位置上切割出多条分隔线101，进而分割出多个导电电极102。
再请配合参阅图2A所示，为上述工艺方法的一种较佳实施例，该冲切加工机台20包含有一刀模21、一设置于刀模21下方的切割平台22、至少两水平滚轮23及四个分置于切割平台22两侧的压轮24。将金属基材11卷绕于两水平滚轮23上并经过四个压轮24，使其平整的压制于切割平台22上，并且可以在水平方向平顺地移动。随后，控制两水平滚轮23同步转动，调整刀模21切割的速度，即能快速地于金属薄膜10上形成多条分隔线101，而分割出多个导电电极102，其中该分隔线的切割深度大于金属薄膜厚度并且小于绝缘基材30总厚度。此一较佳实施例所使用的刀模21由一模座211及一单刀212组合而成，切割一次只对金属薄膜10形成一道分隔线101，该单刀刀片厚度约为2mm，刀刃高度则约为1mm。
请配合参阅图2B所示，上述刀模21也可以环形刀模26方式配置。该环形刀模26的制成方式为将一可挠性金属片体平铺，表面预先涂布一层光阻剂，经过适当温度烘烤后，再以预先设计的光罩或底片贴附于光阻表面并以紫外光或X光曝光，随后将曝光完成的可挠性金属片体设置在一单滚轮26的外围，之后再经显影及蚀刻等步骤，于该金属片体表面形成特定分隔线条的刀片261，再藉由蚀刻时间的控制调整刀模上刀刃的高度。藉由蚀刻出的刀片261对金属薄膜压切，以形成与前述使用刀模冲切的相同分隔线。此一显影蚀刻制造的环形刀模26，适合切割导电电极形状较为精密且复杂的电化学生物感测试片。
由于该环形刀模26设置于一单滚轮25上，故制造导电电极时，需同时控制两平滚轮23及单滚轮25的转动速度，以成批制造出形状精密且复杂的导电电极。
请再配合参阅图2C所示，本发明工艺方法中所使用的刀模21可为一长形冲压头27，该长形冲压头27表面上依照图2B环形刀模的显影蚀刻制法，于其上形成多个刀片271，如此，可于制造导电电极时，控制两水平滚轮的速度，及该冲压头27向下冲切的速度，可于一次冲切步骤下将金属薄膜10分割出多个导电电极，相较单刀的刀模来说，导电电极制造的速度更快。
由上述三种制法的实施例可知，要调整各种刀模与金属薄膜相对位置的方式，是将刀模位置固定，令金属薄膜放置于切割平台上，由滚轮带动金属薄膜移动，令刀模于金属薄膜上形成多个分隔线，也可直接控制切割平台移动，藉以移动置于其上的金属薄膜，达到调整与刀模的相对位置。此外，也可令该金属薄膜固定切割平台上，控制冲切刀模呈平面移动，同样可以改变其与金属薄膜的相对位置。
以上为本发明制造电化学生物感测试片的导电电极制法，以下谨进一步介绍一种电化生物测试片的结构，请配合参阅图3及图4所示，该电化生物测试片包含有一基材30；一导线组31，至少包含有一工作电极导线311及一对极导线312，也可进一步包含有一感知电极导线313，该导线组31设于该基板(30)的上方；一配方液层32，设置于该导线组31的一端上方，以葡萄糖测试片为例，其所需的配方液成分包括葡萄糖氧化酵素(glucose oxidase)、赤血盐(potassium ferricynaide)、界面活性剂(Triton X-100)以及磷酸缓冲液等，而该配方液加以摄氏45度烘干，即形成一配方液层；一间隔层34，设于该配方液层32与导线组31的上方，其中对应该配方液层32位置形成有一信道缺口341，为方便固定在配方液层32及导线组31的上方，该间隔层34可为一双面胶，而该导线组31相对间隔层通道缺口341的位置即可定义为工作电极、对极电极以及检体感知电极；一保护层35，用以覆盖保护该间隔层34，并相对该间隔层34的信道缺口341位置形成有一排气孔351。
实际检测时，首先在工作电极311与检体感知电极上外挂一相对于对极电极的正电压，当待测检体与该测试片通道缺口341接触时，会藉由毛细作用原理检体将自动进入由导线组31、间隔层34以及保护层35所构成的检体通道内，进入的检体首先接触到对极，随后与工作电极接触并产生一触发信号，此时外部检测仪器感知检体已经进入检体通道，并立刻将工作电极上的正电压移除，当检体继续流入并且与检体感知电极接触时，又可行成另一触发信号，外部检测仪器感知检体已经充满检体通道，并立刻将检体感知电极上的正电压移除。利用此三极式电极设计，可以避免使用者操作时因检体不足所产生的错误检测结果。
以上为一种电化学生物感测试片的结构及实际检测步骤，请再配合图5所示，为结合本发明导电电极制法的电化学生物感测试片制作方法流程先取一卷厚度为0.3mm的PET(Poly Ethylene Terephthalate)绝缘基材(胶片)30，并且以贴合的方式在其上方贴附一预先蒸镀有金属薄膜10且厚度为0.1mm的金属基材，随后以图2A的方式在该金属薄膜10上切割出许多电极分隔线101，以构成多个导线组31，紧接着于导线组31一端上方以喷涂(spray)方式涂布一配方层，予以烘干后形成配方液层32，之后再于其上贴附一厚度为0.2mm且预留许多通道孔341的间隔层34，最后在间隔层34上方再贴附一厚度为0.1mm的PET薄膜作为保护层35，并配合雷射切割、机械打孔或热熔方式在对应信道缺口341处形成许多排气孔351，最后，采用图2A的刀模，依照各测试片的边界进行冲切，以分割出多个单独试片，至此完成成批电化学生物感测试片的制作。
由上述说明可知，本发明制成电化学生物感测试片的导电电极主要采用冲切方式，不但能以低成本的方式快速成批的制造，冲切出的导电电极切边平整，且其自金属薄膜冲切而出，故电极表面的平整度及单位面积的电流响应均佳，所以，本发明采用低成本的冲切方式，确实可提供一种兼具快速、成批量产且高质量的导电电极生产方式。而此一导电电极制作方式也有助于简化电化学生物感测试片工艺，增加其在抛弃式感测试片上的应用性。
权利要求
1.一种电化学生物感测试片的金属电极制法，其特征在于，包含有取一形成于一绝缘基材上的金属薄膜；将形成有金属薄膜的绝缘基材平整设置于一组冲切加工机台下方，并使金属薄膜面向刀模；控制冲切加工机台冲切深度与速度，切割金属薄膜形成分隔线；及调整刀模与金属薄膜的相对位置，于金属薄膜切割出多条分隔线，而分割出多个导电电极。
2.如权利要求1所述的电化学生物感测试片的金属电极制法，其特征在于，该刀模为单一刀片，且该刀片的刀刃高度大于或等于分隔线深度，使得每一次刀模冲切在金属薄膜上形成一条分隔线。
3.如权利要求1所述的电化学生物感测试片的金属电极制法，其特征在于，该刀模为一具有多个刀片的金属模板，且该多个刀片的刀刃高度均大于或等于分隔线深度，使得每一次刀模冲切在金属薄膜上形成多条与刀模配置相同的分隔线。
4.如权利要求1所述的电化学生物感测试片的金属电极制法，其特征在于，上述控制刀模与金属薄膜相对位置的步骤中，是将金属薄膜固定后再移动刀模位置。
5.如权利要求1所述的电化学生物感测试片的金属电极制法，其特征在于，上述控制刀模与金属薄膜相对位置的步骤中，是固定刀模后，再移动金属薄膜的位置。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电化学生物感测试片的金属电极制法，其特征在于，该分隔线的切割深度大于金属薄膜厚度并且小于绝缘基材总厚度。
7.一种电化学生物感测试片的成批制法，其特征在于，使用材料与工艺包含有先分别取得一绝缘基材、一金属薄膜、一间隔层及一保护层，其中该间隔层上预留有多个并排的通道缺口；将金属薄膜贴合于绝缘基材上；以权利要求1至6中任一项的金属电极制法于金属薄膜上切割出分隔线，形成电化学检测所需的导线组，包含有对极导线、工作电极导线以及液体检知电极导线；于导线组上方涂布一层配方液层，并将水分烘干使其固定于导线组表面；将间隔层的通道孔对准配方液层位置，贴合于导电组及配方液层上；将保护层贴附于间隔层之上，并在保护层对应间隔层的各个通道缺口处，分别形成排气孔；冲切各测试片的边界，以分割出多个单独试片。
8.如权利要求7所述的电化学生物感测试片的成批制法，其特征在于，该试片的金属薄膜至少具有两条分隔线，其中导电组的工作电极导线的宽度由两条分隔线的间距决定，使得工作电极宽度不受测试片边缘切割误差影响。
9.如权利要求7或8所述的电化学生物感测试片的成批制法，其特征在于，该通道缺口的长边与分隔线垂直，使检体流动方向与分隔线垂直。
10.如权利要求7或8所述的电化学生物感测试片的成批制法，其特征在于，该导线组的工作电极面积，由工作电极导线宽度与信道缺口短边的长度所决定。
全文摘要
本发明是一种电化学生物感测试片成批制法及其金属电极制法，先取得一金属薄膜，再以刀模切割方式在金属薄膜上切割出多条电极分隔线，使同一金属薄膜分割出多个电化学感测试片检测所需的金属电极；由于金属薄膜可预先以成卷方式大面积制作，配合刀模进行切割时，可迅速将该金属薄膜切割出成批的金属电极，切边平整而且完全没有化学药品残留的问题，故本发明采用刀模进行切割方式相较于雷射切割的成本来得更低，而能快速且成批生产电化学生物感测试片所需高质量的金属电极。
文档编号H01L49/00GK1982886SQ20051013204
公开日2007年6月20日 申请日期2005年12月16日 优先权日2005年12月16日
发明者张景裕 申请人:张景裕